奧維森科技：多組學研究成果發(fā)表于Nature子刊《Nature Plants》！
植物病毒疾病，通常被稱為“植物癌癥”，長期以來一直是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要障礙，每年對全球作物生產(chǎn)造成數(shù)十億美元的損失。其中玉米粗縮病（MRDD），由玉米粗縮病毒（MRDV）或水稻黑條矮縮病毒（RBSDV）引發(fā)。近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所作物基因資源與育種國家重點實驗室的李新海研究員帶領(lǐng)團隊在植物科學領(lǐng)域的頂級期刊《Nature Plants》（IF=18/Q1）上發(fā)表了研究成果《A transcription factor ZmGLK36 confers broad resistance to maize rough dwarf disease in cereal crops》，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子ZmGLK36通過增強茉莉酸（JA）生物合成和JA介導的防御反應來促進對RBSDV的抗性，為培育RBSDV抗性谷物作物提供了有效策略。
奧維森為該項研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序及分析服務。
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研究背景?
RBSDV和MRDV幾乎可以感染亞洲、歐洲和南美地區(qū)包括玉米、水稻、小麥、大麥和其他谷物作物在內(nèi)的所有主要谷物作物，盡管調(diào)整播種日期和使用化學藥劑通常用于減輕RBSDV或MRDV引發(fā)的疾病和產(chǎn)量損失，但這些做法效率低下且對環(huán)境有害，因此，培育相應的抗性品種一直是管理這些病毒疾病最有效和環(huán)境友好的方法。
基于全基因組的關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過30個與RBSDV或MRDV抗性相關(guān)的數(shù)量性狀位點（QTLs），而在植物中，只有3個賦予RBSDV抗性的基因被克隆和功能性地表征。由于單個位點對RBSDV抗性的影響通常較小，因此孤立更多RBSDV抗性基因，特別是那些可以在所有主要谷物作物中賦予廣泛抗性且不對其他農(nóng)藝性狀產(chǎn)生明顯不良影響的基因，仍然是一個緊要的任務。
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實驗材料
抗病品系齊319、感病自交系掖478、以及由二者雜交得到的重組自交系
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研究技術(shù)?
圖位克隆、轉(zhuǎn)錄組和代謝組
研究結(jié)果?
1、ZmGLK36對RBSDV的抗性
鑒定到玉米抗RBSDV的主效數(shù)量性狀位點（QTL）qMrdd2，并開發(fā)了一對近等基因系NIL-S和NIL-R，接種試驗證明，NIL-R對RBSDV具有更強的抗性，ZmGLK36在NIL-R中被RBSDV顯著誘導表達，利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除ZmGLK36后的品系表現(xiàn)出更高的感受性和更高的RBSDV-S10表達水平。位于5‘非翻譯區(qū)(UTR)的10個單核苷酸多態(tài)性（SNPs）和一個26個堿基的插入片段與疾病嚴重程度指數(shù)（DSI）顯著相關(guān)。自交系Hap 1的DSI顯著低于Hap 2，ZmGLK36在Hap 1中被誘導表達，而在Hap 2系中被抑制，這些結(jié)果表明，ZmGLK36可被RBSDV感染誘導，并對MRDD具有抗性。
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2、ZmGLK36啟動子中26個堿基對基因表達的影響
為了測試26個堿基的插入是否與ZmGLK36表達相關(guān)，構(gòu)建了兩種類型的葡萄糖醛酸糖苷酶（GUS）報告基因，發(fā)現(xiàn)26個堿基的插入/缺失（indel）參與了ZmGLK36對RBSDV感染的表達調(diào)控，是ZmGLK36對RBSDV差異表達和抗性的主要原因。ZmGLK36的5'UTR有三個轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點：ZmDBF2、ZmP1和ZmbHLH74，其中ZmDBF2是RBSDV抗性的負調(diào)控因子。
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3、ZmGLK36通過激活ZmJMT表達促進JA合成
通過RNA測序、代謝組學檢測以及酵母單雜和雙雜實驗，發(fā)現(xiàn)ZmGLK36能直接與調(diào)控JA信號的ZmJMT和ZmLOX8的啟動子結(jié)合，并激活它們的表達，說明ZmGLK36通過促進JA生物合成和對RBSDV感染的JA介導的防御反應，賦予對RBSDV的抗性。
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4、ZmGLK36在作物育種中的潛在應用
為了測試ZmGLK36在育種中的應用價值，作者將其引入到10個玉米改良的自交系和1個雜交種中，田間試驗顯示，在自然和人工接種RBSDV條件下，這些品系均比其相應的對照植物具有更強的抗RBSDV性，并且在非致病性壓力條件下，沒有觀察到對產(chǎn)量和其他主要農(nóng)藝性狀的明顯負面影響。另外在水稻和小麥中引入ZmGLK36后，RBSDV發(fā)病率也顯著降低，表明ZmGLK36在培育抗RBSDV谷物作物方面具有廣泛的應用前景。
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研究成果
（1）成功克隆了ZmGLK36基因，并闡明其促進JA的生物合成來響應RBSDV的侵染的分子機制。
（2）證實高表達ZmGLK36的轉(zhuǎn)基因玉米、水稻和小麥對RBSDV的抗性顯著增強，為谷物作物提供了新的抗病基因資源。
參考文獻
Xu, Z., Zhou, Z., Cheng, Z. et al. A transcription factor ZmGLK36?confers broad resistance to maize rough dwarf disease in cereal crops. Nat. Plants (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01514-w
